陈庆发等：基于块体化程度和物元可拓理论的顶板稳定性分级方法及应用 ·1553· 方向截取20m范围作为工业试验区；3试验区位于 3.2顶板结构面调查与稳定性描述 +405m水平2号盘区，以3凿岩道与通风联道相交处 利用精测网法对四个试验区巷道顶板结构面产 为中心，四个分支方向上均取10m范围，整体上约 状、类型进行调查，并计算顶板块体化程度、描述顶板 20m×20m的范围：4试验区位于+355m水平拉底酮 稳定性（见表3）.各试验区顶板均属于硅质岩，单轴 室，沿切割井形成切割槽方向10m范围. 抗压强度80MPa 表3各试验区巷道顶板基础调查数据 Table 3 Basic survey data of the roadway roof in each test area 试验区编号 结构面组倾向/() 结构面类型 块体化程度/% 稳定性描述 10~20,30~40, 整体较破碎，常现浮石， 压性结构面 62.25 280~290,300~310 采动来压后易大规模掉块 10~20,110~120, 块体化程度极高，常出现 密集层理面 74.90 180~190 大块体掉落现象 330-340,110~120 3* 压性层理面 92.04 有较多大块体冒落的现象 150-160 100~110,180-190, 未受采动影响时，基本处于 层理面、矿脉充填裂隙 16.30 210~220 稳定，局部出现掉大块现象 3.3BET新分级法计算结果分析 算影响顶板稳定性指标的量值，并利用式(2)对表3 3.3.1确定经典域和节域 的各指标量值进行量纲一化处理，结果如表4所示. 根据BET法选取的指标体系可知，C,、C2、C3和C4 将各个试验区表示成待评物元形式为 分别对应岩体块体化程度、节理条件、岩石单轴抗压强 P C 0.38 C10.25 度和地下水条件.由表2中量纲一的因素指标，可得 C20.40 C20.67 顶板稳定性等级的经典域为 C30.41 R.o2= C30.41 rI C (0.90,1.00)1 C 0.98 C. 0.94 C3 (0.83,1.00) Rc= C 0.08 C 0.84- C (0.50,1.00) C20.40 C20.67 Ca (0.96,1.00)J C 0.43 ,Ro4= C3 0.40 r II (0.70,0.90) C 0.88 0.91J C2 (0.57,0.83) Ra= C3 (0.25,0.50) 表4各试验区各因素指标值与量纲一的指标值 Cs (0.92,0.96)」 Table 4 Factor values and dimensionless factor values for each test area (0.40,0.70)1 指标 量纲一的指标值 试验区 C2 (0.33,0.57) C1 C2 C3 Ca C C2 C3 Ca Rc= C (0.05,0.25) 1# 62.2512 81 20.380.400.410.98 Ca (0.80,0.92) 2# 74.90208280.250.670.410.94 -I C (0.00,0.40)3 3# 92.0412 85 150.080.400.430.88 C (0.00,0.33) 4÷16.302079110.840.670.400.91 Rc= S (0.00,0.05) 3.3.3确定各指标权重 Ca (0.00,0.80) 对各指标重要程度进行两两比较，构建判断矩 顶板稳定性的节域为 阵，判断矩阵的区间数如表5所示.岩体块体化程度 稳定性 C (0.00,1.00) 的重要性依据岩体质量指标RQD值和节理间距两 C2 (0.00,1.00) 个指标的最高评分值之和进行评价.按照可拓层次 R C,(0.00,1.00) 分析法计算步骤计算出指标权值为W=(0.4289, C4(0.00,1.00)」 0.2413,0.0252,0.3046)T 3.3.2确定待评顶板物元 3.3.4计算关联度 将四个试验区的调查数据分别代入式(5)中，计 利用式(7)分别计算四个试验区各评价指标关于陈庆发等: 基于块体化程度和物元可拓理论的顶板稳定性分级方法及应用 方向截取 20 m 范围作为工业试验区; 3# 试验区位于 + 405 m水平 2 号盘区，以 3# 凿岩道与通风联道相交处 为中心，四个分支方向上均取 10 m 范围，整体上 约 20 m × 20 m 的范围; 4# 试验区位于 + 355 m 水平拉底硐 室，沿切割井形成切割槽方向 10 m 范围． 3. 2 顶板结构面调查与稳定性描述 利用精测网法对四个试验区巷道顶板结构面产 状、类型进行调查，并计算顶板块体化程度、描述顶板 稳定性( 见表 3) ． 各试验区顶板均属于硅质岩，单轴 抗压强度 80 MPa． 表 3 各试验区巷道顶板基础调查数据 Table 3 Basic survey data of the roadway roof in each test area 试验区编号 结构面组倾向/( °) 结构面类型 块体化程度/% 稳定性描述 1# 10 ～ 20，30 ～ 40， 280 ～ 290，300 ～ 310 压性结构面 62. 25 整体较破碎，常现浮石， 采动来压后易大规模掉块 2# 10 ～ 20，110 ～ 120， 180 ～ 190 密集层理面 74. 90 块体化程度极高，常出现 大块体掉落现象 3# 330 ～ 340，110 ～ 120， 150 ～ 160 压性层理面 92. 04 有较多大块体冒落的现象 4# 100 ～ 110，180 ～ 190， 210 ～ 220 层理面、矿脉充填裂隙 16. 30 未受采动影响时，基本处于 稳定，局部出现掉大块现象 3. 3 BET 新分级法计算结果分析 3. 3. 1 确定经典域和节域 根据 BET 法选取的指标体系可知，C1、C2、C3和 C4 分别对应岩体块体化程度、节理条件、岩石单轴抗压强 度和地下水条件． 由表 2 中量纲一的因素指标，可得 顶板稳定性等级的经典域为 ＲC1 = Ι C1 ( 0. 90，1. 00) C2 ( 0. 83，1. 00) C3 ( 0. 50，1. 00) C4 ( 0. 96，1. 00            )  ， ＲC2 = ΙΙ C1 ( 0. 70，0. 90) C2 ( 0. 57，0. 83) C3 ( 0. 25，0. 50) C4 ( 0. 92，0. 96            )  ， ＲC3 = Ⅲ C1 ( 0. 40，0. 70) C2 ( 0. 33，0. 57) C3 ( 0. 05，0. 25) C4 ( 0. 80，0. 92            )  ， ＲC4 = Ⅳ C1 ( 0. 00，0. 40) C2 ( 0. 00，0. 33) C3 ( 0. 00，0. 05) C4 ( 0. 00，0. 80            )  ， 顶板稳定性的节域为 Ｒp = 稳定性 C1 ( 0. 00，1. 00) C2 ( 0. 00，1. 00) C3 ( 0. 00，1. 00) C4 ( 0. 00，1. 00            )  ． 3. 3. 2 确定待评顶板物元 将四个试验区的调查数据分别代入式( 5) 中，计 算影响顶板稳定性指标的量值，并利用式( 2) 对表 3 的各指标量值进行量纲一化处理，结果如表 4 所示． 将各个试验区表示成待评物元形式为 ＲO1 = P1 C1 0. 38 C2 0. 40 C3 0. 41 C4            0. 98 ，ＲO2 = P2 C1 0. 25 C2 0. 67 C3 0. 41 C4            0. 94 ， ＲO3 = P3 C1 0. 08 C2 0. 40 C3 0. 43 C4            0. 88 ，ＲO4 = P4 C1 0. 84 C2 0. 67 C3 0. 40 C4            0. 91 ． 表 4 各试验区各因素指标值与量纲一的指标值 Table 4 Factor values and dimensionless factor values for each test area 试验区 指标 量纲一的指标值 C1 C2 C3 C4 C1 C2 C3 C4 1# 62. 25 12 81 2 0. 38 0. 40 0. 41 0. 98 2# 74. 90 20 82 8 0. 25 0. 67 0. 41 0. 94 3# 92. 04 12 85 15 0. 08 0. 40 0. 43 0. 88 4# 16. 30 20 79 11 0. 84 0. 67 0. 40 0. 91 3. 3. 3 确定各指标权重 对各指标重要程度进行两两比较，构 建 判 断 矩 阵，判断矩阵的区间数如表 5 所示． 岩体块体化程度 的重要性依据岩体质量指标 ＲQD 值和节理 间 距 两 个指标的最高评分值之和进行评价． 按照可拓层次 分析法计算步骤计算出指标权值为 W = ( 0. 4289， 0. 2413，0. 0252，0. 3046) T ． 3. 3. 4 计算关联度 利 用式( 7) 分别计算四个试验区各评价指标关于 · 3551 ·